DE2903297C2 - Method for regulating the differential speed and the differential angle of rotation of at least two shafts - Google Patents

Method for regulating the differential speed and the differential angle of rotation of at least two shafts

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DE2903297C2 DE19792903297 DE2903297A DE2903297C2 DE 2903297 C2 DE2903297 C2 DE 2903297C2 DE 19792903297 DE19792903297 DE 19792903297 DE 2903297 A DE2903297 A DE 2903297A DE 2903297 C2 DE2903297 C2 DE 2903297C2
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Description

3535

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach den Merkmaien des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to a method according to the features of the preamble of claim 1.

Bei Schiffen mit zwei Propellern, von denen jeder mit einem Antriebsaggregat verbunden ist, kann es vorkommen, daß mechanische Schwingungen auftreten, die entweder durch Ungleichheiten der beiden zusammenwirkenden Anlagen oder durch äußere Störeinflü*- se — wie zum Beispiel Ladezustand des Schiffes — hervorgerufen werden. Liegen die Frequenzen der Schwingungen nahe genug beieinander, so können Schwebungen einsetzen, die zu einer Gefährdung des mechanischen Aufbaus und damit des Schiffes und der Ladung führen können.On ships with two propellers, each of which is connected to a drive unit, it can it can happen that mechanical vibrations occur, either due to inequalities of the two interacting Systems or external interference - such as the state of charge of the ship - be evoked. If the frequencies of the vibrations are close enough to one another, so can Use beats that endanger the mechanical structure and thus the ship and the Charge.

Es ist daher zur Verhinderung von Schwebungen und zur Kompensation derartiger Schwingungen notwendig, beide Propelleranlagen eines Doppelschraubenschiffes auf gleiche Drehzahl und eine vorgegebene Winkeidifferenz zu regeln. Auf eine solche Regelung können als Störfunktionen Seegangseinflüsse auf die Propeller, unterschiedliche Drehmomente durch Rudermanöver, ungünstiger Ladezustand des Schiffes und dergleichen einwirken.It is therefore necessary to prevent beats and to compensate for such vibrations, both propeller systems of a twin screw ship to the same speed and a given speed To regulate angle difference. In such a scheme, sea state influences can act as disturbance functions on the Propellers, different torques due to rudder maneuvers, unfavorable state of charge of the ship and act like that.

Es ist eine Schaltungsanordnung bekannt, die mittels an jeder Welle angeordneten elektronischen Impulsaufnehmern die benötigten Meßwerte gewinnt und in einer elektronischen Logikschaltung mit einem Sollwert vergleicht und auswertet und das gewonnene Differenzsignal zur Verstellung der Leistung der Antriebsmaschine verwendet. Dabei sind aber ständig Eingriffe in die Fiillungsregelung der Antriebsmaschine erforderlich, was einerseits sehr umständlich sein kann, andererseits sogar zu Schaden an der Antriebsmaschine führen kann (DE-AS 26 20 740).A circuit arrangement is known which, by means of electronic pickups arranged on each shaft the required measured values wins and in an electronic logic circuit with a setpoint compares and evaluates and the difference signal obtained to adjust the power of the drive machine used. However, constant interventions in the fill control of the drive machine are necessary, which on the one hand can be very cumbersome, on the other hand it can even lead to damage to the prime mover (DE-AS 26 20 740).

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches in einfacher und sicherer Weise eine Regelung der Propellerwellen eines Zweioder Mehrschraubenschiffes auf gleiche Drehzahlen zwecks Kompensierung mechanischer Schwingungen gewährleistetThe invention is therefore based on the object of creating a method which is simpler and safer Way a regulation of the propeller shafts of a two- or multi-screw ship to the same speed for the purpose of compensating mechanical vibrations guaranteed

Zur Lösung der Aufgabe werden die in den Kennzeichen der nebengeordneten Ansprüche 1 und 2 angegebenen Merkmalen angewendetTo solve the problem in the characteristics of the independent claims 1 and 2 specified characteristics are applied

Der wesentliche Vorteil des Verfahrens nach der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Reaktion der Maschinenanlage auf Änderungen des Lastmomentes durch den Regler erheblich schneller erfolgt als bei Eingriffen in die Brennstoffzufuhr. Durch das Fahren mit festvorgegebener Leistungsabgabe ergeben sich günstigere Verbrennungsverhältnisse. Außerdem ist damit zu rechnen, daß Brennstoffeinsparungen erreicht werden können, die den Betrieb einer derartigen Fahranlage wirtschaftlicher gestalten.The main advantage of the method according to the invention is to be seen in the fact that the reaction of the Machine system to changes in the load torque by the controller takes place much faster than with Interventions in the fuel supply. Driving with a fixed power output results in more favorable combustion conditions. In addition, it is expected that fuel savings will be achieved that make the operation of such a drive system more economical.

Anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbcispiele sollen weitere Erläuterungen gegeben werden. Fig.! zeigt im Prinzip den Regelkreis für zwei Propellerwellen.Based on the exemplary embodiments shown in the drawings, further explanations should be provided are given. Fig.! shows the control loop in principle for two propeller shafts.

Gemäß der F i g. 1 treiben Antriebsmaschinen (Motoren oder Turbinen) 1/9 über Wellen 2/10 Verstellpropeller 3/11 eines Doppelschraubenschi/ies an. Auf jeder Welle 2/10 ist eine Zahnscheibe 5/13 eines Impulsaufnehmers fest angeordnet Jede Zahnscheibe weist eine Vielzahl von Zähnen auf, von denen jeder beim Vorbeilauf an dem induktiven Impulsaufnehmer 6/14 die Abgabe eines Impulses bewirkt Auf jeder Zahnscheibe ist ein vergrößerter Zahn 7/15 angebracht, der bei jeder vollen Umdrehung zur Abgabe eines Synchronisierimpuises führt Die Impulse werden einer Schaltungsanordnung 17 zugeführt, welche die Signale auswertet und in analoge Meßspannungen umformt.According to FIG. 1 drive engines (motors or turbines) 1/9 via shafts 2/10 variable pitch propellers 3/11 of a double screw connection. On each shaft a toothed pulley is 2/10 5/13 of a pulse pickup arranged fixedly Each toothed pulley comprises a plurality of teeth, each of which is the delivery of a pulse is effected on each pulley during passage of the inductive pickup to 6/14 an enlarged tooth 7 / 15 attached, which leads to the output of a synchronization pulse with every full revolution. The pulses are fed to a circuit arrangement 17 which evaluates the signals and converts them into analog measurement voltages.

Mittels einer Regeleinrichtung 8/16 wird die Leistungsabgabe der Antriebsmaschinen 1/9 auf einen festen Wert eingestellt (PsoM =- fest). Die in der Schaltungsanordnung 17 gewonnenen Meßspannungen werden einer Vergleichsstelle 19 zugeführt Diese Meßspannungen entsprechen den Winkeln der Wellen 2/10. An der Vergleichsstelle 19 wird mittels eines Sollwertstellers 18 ein Winkelsollwert vorgegeben, weicher nach Subtraktion der beiden analogen Signale zum Differenzwert hinzuaddiert wird. Das so erhaltene Signal wird einer Schaltungseinheit 20 zugeführt, welche aus dem Winkeldifferenzsignal ein Ausgangssignal formt welches nun über eine Stelleinrichtung 4/12 das Wellenlastmoment verändert im Sinne eines Ausgleiches der Winkeldifferenz der beiden Wellen. Diese Stelleinrichtung kann z. B. ein hydraulisches Stellventil sein, welches die Steigung der Flügel der Propeller 3/11 verstellt. The power output of the prime movers 1/9 is set to a fixed value by means of a control device 8/16 (PsoM = - fixed). The measurement voltages obtained in the circuit arrangement 17 are fed to a comparison junction 19. These measurement voltages correspond to the angles of the shafts 2/10. At the comparison junction 19, a setpoint value adjuster 18 is used to preset an angle setpoint value which, after subtracting the two analog signals, is added to the difference value. The signal obtained in this way is fed to a circuit unit 20 , which forms an output signal from the angle difference signal which now changes the shaft load torque via an adjusting device 4/12 in the sense of compensating for the angle difference between the two shafts. This adjusting device can, for. B. be a hydraulic control valve, which adjusts the pitch of the blades of the propellers 3/11.

Die Anlage kann so konzipiert sein, daß beide Wellen im Sinne eines Ausgleiches beeinflußt werden. Es ist aber auch vorstellbar, daß eine Welle als Leitwelle gilt und die andere Welle der Leilwe'le folgen muß.The system can be designed in such a way that both waves are influenced in the sense of a balance. It is but it is also conceivable that one wave is regarded as a leading wave and the other wave must follow the wave.

In Fig.2 ist ein anderes Fahranlagenkonzept dargestellt. Auf den Propellerwellen 2/10 ist jeweils ein Wellengenerator 21/23 angeordnet, welcher über einen Gleichstromzwischenkreis mit nachgeschaltetem Wechselrichter 22/24 ein Bordnetz 25 versorgt. Es ist aber auch möglich, daß nur ein Wellengenerator vorgesehen ist. Dann wird zweckmäßig die Welle ohne Wellengenerator als Leitwelle gewählt, während die Welle mit Wellengenerator der Leitwelle folgt durch Leistungsverstellung des Wellengenerators.Another drive system concept is shown in FIG. A shaft generator 21/23 is arranged on each of the propeller shafts 2/10 and supplies an on-board network 25 via a direct current intermediate circuit with a downstream inverter 22/24. But it is also possible that only one wave generator is provided. The shaft without a shaft generator is then expediently selected as the guide shaft, while the shaft with a shaft generator follows the guide shaft by adjusting the power of the shaft generator.

Da« von der Schalte bsHnheit 20 ausgegebene Signal wirrt bei dieser Fahranlage benutzt, um eine Leistungsverstellung des oder der We|lengenerator(s)en zwecks Verstellung des Wellenlastmomentes zu erreichen.The signal output by the switch 20 confused in this drive system used to adjust the output of the wave generator (s) for the purpose of To achieve adjustment of the shaft load torque.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, den Wellengenerator zu beeinflussen. So kann beispielsweise die Erregung der Wellengeneratoren verstellt werden. Dann wird der Wellengenerator mit der höheren Erregung den Wellengenerator mit der geringeren Erregung wie einen elektrischen Verbraucher motorisch beschleunigen im Sinne eines Ausgleiches der Wellenwinkeldifferenz. Es wäre auch denkbar, daß das von der Schaltungseinheit 20 geformte Ausgangssignale den Zündgeräten der Wechselrichtereinheiten 22/24 zur Verstellung der Zündwinkel zugeführt wird. Ebenso wäre es möglich, einen im Gleichstromzwischenkreis 22/24 vorgesehenen elektronischen Schalter, der dem Kurzschlußschutz dient, für eine Leistungsverstellung zu nutzen. Mit ihm könnten ohmsche Bürden in den Gleichstromzwischenkreis eingekoppelt werden, um Wirkstrom zu vernichten.There are several ways to influence the wave generator. For example, excitement the shaft generators can be adjusted. Then the wave generator with the higher excitation becomes the Accelerate the wave generator with the lower excitation like an electrical consumer in the sense of a compensation of the shaft angle difference. It would also be conceivable that the output signals formed by the circuit unit 20 the Ignition devices of the inverter units 22/24 are supplied to adjust the ignition angle. as well it would be possible to provide an electronic switch provided in the DC link 22/24, the Short-circuit protection is used for a power adjustment. With it, ohmic burdens could be in the DC link are coupled in to destroy active current.

Aus Fig. 3 ist ein weiteres Fahranlagenkonzept ersichtlich. Der Propeller 3/tl ist über die Prope'Ierwe!- Ie 2/10 mit einem Fahrmotor 33/36 verbunden. Der Fahrmotor seinerseits ist über Leitungen 32/37 mit einem Fahrgenerator 30/34 elektrisch gekoppelt. Der Fahrgenerator 30/34 wird von einem Primärantrieb 1/9 über eine Welle 31/35 angetrieben. Dabei kann der Primärantrieb ein Motor oder eine Turbine sein. Bei einer Gleichstromfahranlage ist es aber auch denkbar, den Fahrmotor aus einer oder mehreren Batterien zu versorgen.Another drive system concept can be seen from FIG. 3. The propeller 3 / tl is about the Prope'Ierwe! - Ie 2/10 connected to a drive motor 33/36. The traction motor, in turn, is connected via lines 32/37 electrically coupled to a drive generator 30/34. The drive generator 30/34 is powered by a primary drive 1/9 driven via a shaft 31/35. The primary drive can be a motor or a turbine. at A DC traction system, however, it is also conceivable to supply the traction motor from one or more batteries supply.

Fahrgeneratoren und Fahrmotoren können also Gleichstrommaschinen sein. Ebenso möglich ist aber auch das Konzept einer Drehstromfahranlage, wobei der Fahrgenerator eine Synchronmaschine ist, der Fahrmotor eine Synchron- oder Asynchronmaschine sein kann. Eine Stromrichtermaschine als Fahrmotor ist ebenfalls einsetzbar.Traction generators and traction motors can therefore be DC machines. But it is also possible also the concept of a three-phase drive system, where the drive generator is a synchronous machine, the Travel motor can be a synchronous or asynchronous machine. A converter machine is used as a traction motor can also be used.

Sind als Fahrmotoren Gleichstrommaschinen 33/36 vorgesehen, so kann das von der Schaltungseinheit 20 geformte Korrektursignal der Stelleinrichtung 4/12 zur Spannungsverteilung des Fahrmotors 33/36 zugeführt werden. Dabei besteht die Möglichkeit, eine Spannungsverstellung dadurch zu erreichen, daß die oft vorhandenen Anfahr- oder Bremswiderstände auch hier bei der Wellenwinkelkorrektur benutzt werden, indem sie kurzzeitig und teilweise entsprechend der Größe der Abweichung in den Motorankerkreis geschaltet werden. Da die Motordrehzahl bei konstanter Spannung dem magnetischen Fluß umgekehrt proportional ist, kann auch die Moforerregung verstellt werden.
Bei Konzipierung einer Drehstromfahranlage mit Synchronfahrmotoren mittels des Korrektursignals der Phasenwinkel φ über die Erregung des Motors derart verstellt, daß durch die Blindstromerhöhung eine erhöhte Verlustleistung der ohmschen Netz- undIf DC machines 33/36 are provided as traction motors, the correction signal formed by the circuit unit 20 can be fed to the actuating device 4/12 for the voltage distribution of the traction motor 33/36. There is the possibility of adjusting the voltage by using the often present starting or braking resistors for the shaft angle correction by switching them into the motor armature circuit for a short time and in some cases according to the size of the deviation. Since the motor speed is inversely proportional to the magnetic flux at constant voltage, the motor excitation can also be adjusted.
When designing a three-phase drive system with synchronous drive motors by means of the correction signal, the phase angle φ is adjusted via the excitation of the motor in such a way that the increase in reactive current increases the power loss of the ohmic mains and

ίο Maschinenwiderstände erreicht wird.ίο machine resistances are reached.

Bei einer Asynchronmaschine als Fahrmotor 33/36 wird das Korrektursignal dahingehend genutzt, daß über die Erregung des Fahrgenerators der Schlupf des Asynchronfahrmotors verstellt wird. In beiden Fällen wäre es denkbar, ohmsche Widerstände in den elektrischen Kreis einzukuppeln zur Vernichtung von Wirkstrom. Bei einer Stromrichtermaschine wird wieder eine Verstellung der Zündwinkel vorgenommen.In the case of an asynchronous machine as the travel motor 33/36, the correction signal is used to the effect that The slip of the asynchronous drive motor is adjusted via the excitation of the drive generator. In both cases it would be conceivable to couple ohmic resistors into the electrical circuit to destroy Active current. In the case of a converter machine, the ignition angle is adjusted again.

Die Verwendung einer elektromagnetischen Schlupfkupplung oder einer Wirbelstrombremse läßt eine Schlupfversttllung zu durch Änderung des Flusses.The use of an electromagnetic slip clutch or an eddy current brake leaves one Increase in slip by changing the flow.

Es hat sich durch Messungen herausgestellt, daß bei einem Zwei- oder Mehrschraubenschitt di-; Schwebungen in Abhängigkeit vom Ladezustand des Schiffes an den verschiedenen Punkten des Schiffes verschieden stark auftreten. Handelt es sich bei einem solchen Schiff z. B. um ein Autofährschiff, so ist sicher das Autodeck bei den einzelnen Fahrten unterschiedlich bestückt So kann es vorkommen, wie Messungen ergeben haben, daß einmal beispielsweise in einem der Restaurants stärkere Vibrationen auftreten als in einet-Bar an einem anderen Punkt des Schiffes, während es bei einem anderen Bestückungszustand des Autodecks gerade umgekehrt war.Measurements have shown that a two or more screw di-; Beats different depending on the state of charge of the ship at the various points of the ship occur strongly. Is it in such a ship z. B. a car ferry, the car deck is safe equipped differently for the individual journeys So it can happen, as measurements have shown, that once, for example, stronger vibrations occur in one of the restaurants than in a bar at one at another point of the ship, while at another assembly state of the car deck it is straight was reversed.

Zur Mittagszeit wird die Bar schwach besetzt sein, wohingegen abends wohl die Restaurants weniger besetzt oder gar geschlossen sind. Daher ist die Höhe des Korrektursignals mittels des Korrektursollwertstellers 18 optimal einstellbar derart, daß z. B. zur Mittagszeit die Vibrationen in den Restaurants stark herabgesetzt und die Vibrationen an anderen Stellen des Schiffes hingenommen werden, während die Höhe des Korrektursignals in den Abendstunden so eingestellt wird, daß in den Barräumen eine Vibration so weitgehend als möglich vermieden wird. Weiterhin können die Messungen und deren Auswertung zeigen, welcher Wert der günstigste Mittelwert ist, um danach das Korrektursignal einzustellen.At lunchtime, the bar will be sparsely occupied, whereas the restaurants will probably be less busy in the evening occupied or even closed. Therefore, the level of the correction signal is determined by means of the correction setpoint adjuster 18 optimally adjustable such that, for. B. At lunchtime the vibrations in the restaurants are strong and the vibrations in other parts of the ship are accepted while the altitude of the correction signal is set in the evening hours so that a vibration in the bar rooms is largely avoided as possible. Furthermore, the measurements and their evaluation can show which value is the most favorable mean value in order to then set the correction signal.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims (2)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zum Regeln der Differenzdrehzahl und des Differenzdrehwinkels mindestens zweier Schiffsantriebswellen mit Propellern, die von je einem Antriebsaggregat angetrieben werden, wobei mittels mechanisch auf jeder Welle angeordneten elektronischen Impulsaufnehmern die Meßwerte gewonnen und zur Auswertung einer elektronischen Meß- und Regeleinrichtung zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Verstellpropellern und einer fest vorgegebenen Leistungsabgabe der Antriebsaggregate mit dem gewonnenen Differenzsignal das Wellenlastmoment durch Änderung der Steigung der Pro- is pellerflügel verstellt wird.1. Method for regulating the differential speed and the differential angle of rotation of at least two Ship drive shafts with propellers, each of which is driven by a drive unit, whereby the measured values by means of electronic pickups arranged mechanically on each shaft obtained and fed to an electronic measuring and control device for evaluation, characterized in that when using adjustable propellers and a fixed predetermined Power output of the drive units with the difference signal obtained, the shaft load torque is adjusted by changing the pitch of the propeller blades. 2. Verfahren zum Regeln der Differenzdrehzahl und des Differenzdrehwinkels mindestens 2weier Schiffsantriebswellen mit Propellern, die von je einem Antriebsaggregat angetrieben werden, wobei mittels mechanisch auf jeder Welle angeordneten elektronischen Impulsaufnehmern die Meßwerte gewonnen und zur Auswertung einer elektrischen Meß- und Regeleinrichtung zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Festpropellern und einem Wellengenerator zur Bordnetzversorgung und einer fest vorgegebenen Leistungsabgabe der Antriebsaggregate mit dem gewonnenen Differenzsignal die Leistung des Wellengenerators zur Verstellung des Wellenlastmomentes verändert wird.2. Procedure for regulating the differential speed and the differential angle of rotation at least 2 times Ship drive shafts with propellers, each of which is driven by a drive unit, whereby the measured values by means of electronic pickups arranged mechanically on each shaft obtained and fed to an electrical measuring and control device for evaluation, characterized in that when using fixed propellers and a shaft generator for On-board power supply and a fixed predetermined power output of the drive units with the obtained difference signal the power of the shaft generator to adjust the shaft load torque is changed.
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